Κύκλωμα επαφής στερεάς κατάστασης για αντλίες κινητήρα

Σε αυτό το άρθρο μαθαίνουμε πώς να σχεδιάζουμε και να κατασκευάζουμε ένα κύκλωμα επαφής στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας triacs για τη λειτουργία φορτίων βαρέως τύπου όπως υποβρύχιοι κινητήρες αντλίας borewell με υψηλή αξιοπιστία και χωρίς ανησυχίες σχετικά με θέματα φθοράς ή προβλήματα μακροπρόθεσμης υποβάθμισης της μονάδας επαφέα.

Τι είναι ο Επαφέας

Ένας επαφέας είναι μια μορφή διακόπτη ON / OFF που λειτουργεί με ρεύμα, ονομαστικός για τη διαχείριση βαρέων φορτίων σε υψηλά ρεύματα και υψηλές αιχμές μεταγωγής στο τόξο μορφής στις επαφές μεταγωγής τους. Χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον για την εναλλαγή υψηλών επαγωγικών φορτίων ή υψηλού ρεύματος, όπως υποβρύχιοι τριφασικοί κινητήρες αντλίας ή άλλος παρόμοιος τύπος βαρέων βιομηχανικών φορτίων που μπορεί επίσης να περιλαμβάνουν σωληνοειδή.

Πώς λειτουργεί ένας επαφέας

Ένας βασικός διακόπτης επαφής θα έχει τα ακόλουθα βασικά στοιχεία στην ηλεκτρική του διαμόρφωση:

1. Διακόπτης Push-to-ON
2. Διακόπτης Push-to-OFF
3. Ένα Μηχανικό ρελέ Μηχανικό

Σε μια τυπική διάταξη μηχανικού επαφέα, ο διακόπτης εκκίνησης που είναι ένας διακόπτης ώθησης προς ON χρησιμοποιείται για την ασφάλιση των επαφών επαφέων σε μια θέση ενεργοποιημένης ΟΝ έτσι ώστε το συνδεδεμένο φορτίο να είναι επίσης ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ, ενώ ο διακόπτης διακοπής που είναι μια ώθηση - ο διακόπτης απενεργοποίησης χρησιμοποιείται για να σπάσει αυτή τη διάταξη μανδάλωσης και να απενεργοποιήσει το συνδεδεμένο φορτίο.

Όταν ο χρήστης πιέζει τον διακόπτη ON, ενεργοποιείται ένα ενσωματωμένο ηλεκτρομαγνητικό πηνίο, το οποίο τραβά ένα σύνολο επαφών βαρέως τύπου με ελατήριο και τις συνδέει σκληρά με ένα άλλο σύνολο επαφών βαρέως τύπου. Αυτό ενώνει τα δύο γειτονικά σύνολα επαφών επιτρέποντας στο ρεύμα να ρέει από την πηγή τροφοδοσίας στο φορτίο. Έτσι, το φορτίο ενεργοποιείται με αυτήν τη λειτουργία.

Το ηλεκτρομαγνητικό πηνίο και τα σχετικά σύνολα επαφών σχηματίζουν τον μηχανισμό ρελέ του επαφέα, ο οποίος ασφαλίζεται και ενεργοποιείται κάθε φορά που πιέζεται ο διακόπτης ώθησης προς ON ή πατηθεί ο διακόπτης START.

Ο διακόπτης Push-to-OFF ενεργεί με τον αντίθετο τρόπο, όταν πατηθεί αυτός ο διακόπτης, το μάνταλο του ρελέ αναγκάζεται να σπάσει, το οποίο με τη σειρά του απελευθερώνει και ανοίγει τις επαφές στην αρχική του θέση OFF. Αυτό προκαλεί την απενεργοποίηση του φορτίου.

Προβλήματα με Μηχανικούς Επαφείς

Οι μηχανικοί επαφείς λειτουργούν αρκετά αποτελεσματικά μέσω των παραπάνω επεξηγούμενων διαδικασιών, αλλά μακροπρόθεσμα γίνονται επιρρεπείς σε φθορά λόγω της βαριάς ηλεκτρικής τόξας στις επαφές τους.

Αυτά τα τόξα προκαλούνται γενικά λόγω της αρχικής έλξης του ρεύματος από το φορτίο που είναι κυρίως επαγωγικά από τη φύση, όπως κινητήρες και ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες.

Το επαναλαμβανόμενο τόξο προκαλεί καύση και διάβρωση στις επιφάνειες επαφής που τελικά αποικοδομούνται ώστε να λειτουργούν κανονικά για την απαιτούμενη εναλλαγή του φορτίου.

Σχεδιασμός Ηλεκτρονικού επαφέα

Η εύρεση ενός εύκολου τρόπου για την επίλυση του προβλήματος της φθοράς με τους μηχανικούς διακόπτες φαίνεται τρομακτική και περίπλοκη, εκτός εάν ο σχεδιασμός αντικατασταθεί πλήρως με ένα ηλεκτρονικό αντίστοιχο που θα έκανε τα πάντα σύμφωνα με τις προδιαγραφές, αλλά θα ήταν ανθεκτικό στην μηχανική υποβάθμιση ανεξάρτητα από το πόσο συχνά είναι αυτά λειτουργεί και πόσο μεγάλη μπορεί να είναι η ισχύς φορτίου.

Μετά από λίγη σκέψη, θα μπορούσα να βρω το ακόλουθο απλό κύκλωμα επαφής στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας triacs, SCR και μερικά άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα

Λίστα ανταλλακτικών

Όλα τα SCR = C106 ή BT151

Όλα τα μικρά triacs = BT136

Όλα τα μεγάλα triacs = BTA41 / 600

Όλες οι δίοδοι SCR πύλης = 1N4007

Όλες οι διόδους ανορθωτή γέφυρας = 1N4007

Λειτουργία κυκλώματος

Ο σχεδιασμός φαίνεται αρκετά απλός. Μπορούμε να δούμε 3 triacs υψηλής ισχύος να χρησιμοποιούνται ως διακόπτες για την ενεργοποίηση των 3 γραμμών της τριφασικής εισόδου.

Οι πύλες αυτών των triacs ελέγχου υψηλής ισχύος ενεργοποιούνται από 3 συνδεδεμένες triacs χαμηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται ως στάδια buffer.

Τέλος, οι πύλες αυτών των buffer triacs ενεργοποιούνται από 3 μεμονωμένα SCR που έχουν διαμορφωθεί ξεχωριστά για καθένα από αυτά τα δίκτυα triac.

Τα SCR με τη σειρά τους ενεργοποιούνται από ξεχωριστούς διακόπτες push-to-ON και push-to-OFF για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση αντίστοιχα. Αυτό επιτρέπει στα triacs να ενεργοποιούνται αντίστοιχα ON και OFF σε απόκριση της σχετικής ενεργοποίησης του διακόπτη ώθησης.

Όταν πατηθεί ο διακόπτης push-to-ON, όλα τα SCR ασφαλίζονται αμέσως, και αυτό επιτρέπει την εμφάνιση μιας κίνησης πύλης στις πύλες και των 3 triacs buffer.

Αυτά τα triacs αρχίζουν τώρα να διεξάγονται, επιτρέποντας την ενεργοποίηση της πύλης των κύριων triacs ισχύος, οι οποίες τελικά αρχίζουν να διεξάγουν και επιτρέπουν στην τριφασική ισχύ να φτάσει στο φορτίο και το φορτίο είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ.

Για να σταματήσει αυτό το ηλεκτρονικό κύκλωμα ρελέ επαφών, ο διακόπτης push to OFF (διακόπτης STOP) πιέζεται από τον χρήστη, ο οποίος διακόπτει αμέσως το μάνδαλο των SCRs, εμποδίζοντας την κίνηση πύλης για τα triacs και τα απενεργοποιώντας, μαζί με το φορτίο.

Απλοποίηση του κυκλώματος

Στο παραπάνω διάγραμμα μπορούμε να δούμε τα ενδιάμεσα στάδια buffer triac να χρησιμοποιούνται για την αναμετάδοση της ενεργοποίησης από τα SCR στα triacs τροφοδοσίας δικτύου.

Ωστόσο, μια μικρή εξέταση αποκαλύπτει ότι, μπορεί να εξαλειφθούν αυτά τα triacs buffer, και η έξοδος SCR θα μπορούσε να διαμορφωθεί απευθείας με τις κύριες triacs.

Αυτό θα απλοποιούσε ακόμη περισσότερο τον σχεδιασμό επιτρέποντας μόνο στα στάδια SCR να χρησιμοποιούνται για τις ενέργειες START και STOP και επίσης θα μειώσει το συνολικό κόστος της μονάδας.